แนวโน้มการสั่งซื้อจากความโกลาหลถูกซ่อนอยู่ในสมการพื้นฐานที่สุดของกลศาสตร์ของไหล

ในขณะที่คำสั่งมักจะกลายเป็นความโกลาหล แต่บางครั้งสิ่งที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริง ยกตัวอย่างเช่นของเหลวปั่นป่วนมีแนวโน้มที่จะเกิดเป็นรูปแบบที่เป็นธรรมชาติ: แถบคู่ขนาน

แม้ว่านักฟิสิกส์ได้สังเกตปรากฏการณ์นี้โดยการทดลอง แต่พวกเขาสามารถอธิบายได้ว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้นโดยใช้สมการพลศาสตร์ของไหลแบบพื้นฐานทำให้พวกเขาเข้าใกล้การทำความเข้าใจว่าทำไมอนุภาคถึงมีพฤติกรรมแบบนี้

ในห้องแล็บเมื่อของเหลววางอยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามจากกันการไหลของมันจะปั่นป่วน แต่หลังจากนั้นไม่นานความปั่นป่วนก็เริ่มจางลงในรูปแบบที่เป็นแถบ ผลลัพธ์ที่ได้คือผืนผ้าใบที่มีเส้นเรียบและมีความปั่นป่วนซึ่งวิ่งเป็นมุมไปตามกระแสน้ำ (ลองจินตนาการถึงคลื่นที่เกิดจากลมในแม่น้ำ)

Tobias Schneider ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในคณะวิศวกรรมศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีสวิสแห่งชาติโลซานน์กล่าวว่า "คุณได้โครงสร้างและระเบียบที่ชัดเจนออกมาจากความวุ่นวายที่วุ่นวาย พฤติกรรม "แปลกและคลุมเครือ" นี้มี "นักวิทยาศาสตร์ที่หลงใหลเป็นเวลานานนาน"

Richard Feynman นักฟิสิกส์ทำนายว่าคำอธิบายจะต้องซ่อนอยู่ในสมการพื้นฐานของพลศาสตร์ของไหลที่เรียกว่าสมการเนเวียร์สโตกส์

แต่สมการเหล่านี้ยากที่จะแก้ไขและวิเคราะห์ Schneider กล่าวกับ Live Science (แสดงให้เห็นว่าสมการ Navier-Stokes แม้จะมีวิธีแก้ปัญหาที่ราบรื่นในทุกจุดสำหรับของเหลว 3 มิติเป็นหนึ่งใน 1 พันล้านดอลลาร์ของปัญหา Millennium Millennium) ดังนั้นจนถึงตอนนี้ไม่มีใครรู้ว่าสมการทำนายพฤติกรรมการขึ้นรูปแบบนี้อย่างไร ชไนเดอร์และทีมของเขาใช้วิธีการต่าง ๆ รวมถึงการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และการคำนวณเชิงทฤษฎีเพื่อหาชุดของ "การแก้ปัญหาที่พิเศษมาก" สำหรับสมการเหล่านี้ซึ่งอธิบายทางคณิตศาสตร์ในแต่ละขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงจากความสับสนวุ่นวาย

กล่าวอีกนัยหนึ่งพวกเขาทำลายพฤติกรรมที่วุ่นวายลงในสิ่งก่อสร้างที่ไม่วุ่นวายและพบวิธีแก้ปัญหาสำหรับแต่ละก้อนเล็ก ๆ “ พฤติกรรมที่เราสังเกตไม่ใช่ฟิสิกส์ลึกลับ” ชไนเดอร์กล่าว "มันถูกซ่อนอยู่ในสมการมาตรฐานที่อธิบายการไหลของของไหล"

รูปแบบนี้เป็นสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจเพราะมันแสดงให้เห็นถึงความปั่นป่วนและความสงบหรือที่เรียกว่า "การไหลแบบราบเรียบ" ซึ่งแข่งขันกันเพื่อกำหนดสถานะสุดท้ายของมัน เมื่อรูปแบบนี้เกิดขึ้นความปั่นป่วนและกระแสลามินาร์มีความแข็งแรงเท่ากันโดยที่ไม่มีฝ่ายใดจะชนะชักเย่อ

แต่รูปแบบนี้ไม่ได้เห็นจริง ๆ ในระบบธรรมชาติเช่นความปั่นป่วนในอากาศ ชไนเดอร์ตั้งข้อสังเกตว่ารูปแบบเช่นนี้จริงแล้ว "ไม่ดีเลยทีเดียว" สำหรับเครื่องบินเพราะมันจะต้องบินผ่านเสาที่มีความปั่นป่วนวุ่นวายและไม่ใช่เส้นที่ปั่นป่วน

แต่เป้าหมายหลักของการทดลองนี้คือการเข้าใจฟิสิกส์พื้นฐานของของเหลวในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมเขากล่าว โดยการทำความเข้าใจกับการเคลื่อนที่ของของเหลวอย่างง่ายเท่านั้นเราจึงสามารถเริ่มทำความเข้าใจกับระบบความวุ่นวายที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งมีอยู่รอบตัวเราตั้งแต่การไหลของอากาศรอบ ๆ เครื่องบินไปจนถึงด้านในของท่อ

นักวิจัยตีพิมพ์ผลการวิจัยของพวกเขา 23 พฤษภาคมในวารสาร Nature Communications